(57)【要約】【課題】ヘイルインパクト試験を簡便な装置、手順で行うことができ、安定した速度で、無駄を大幅に少なくする。【解決手段】気体の圧力により発射筒より氷球を発射するヘイルインパクト試験装置において、前記発射筒は水平面と仰角をもって位置しており、氷球の発射口は発射筒上方先端に設けられ、発射筒の下方に気体導入管を設け、発射筒の内径は氷球小さい事を特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体の圧力により発射筒より氷球を発射するヘイルインパクト試験装置において、前記発射筒は水平面と仰角をもって位置しており、氷球の発射口は発射筒上方先端に設けられ、発射筒の下方に気体導入管を設けたことを特徴とするヘイルインパクト試験装置。
【請求項２】
前記発射筒は氷球の導入口を具備し、該導入口より下方の発射筒の内径は、氷球よりも小さくしたことを特徴とする請求項１記載のヘイルインパクト試験装置。
【請求項３】
前記発射筒の氷球の導入口は、発射口と兼ねることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項に記載のヘイルインパクト試験装置。
【請求項４】
氷球が発射できる位置に配されたかどうかを確認するためのセンサを具備していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヘイルインパクト試験装置。
【請求項５】
前記発射筒が上方先端の内径に比較して、下方の内径が細いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヘイルインパクト試験装置。
【請求項６】
発射筒の仰角は１０°以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヘイルインパクト試験装置。
【請求項７】
発射筒は仰角調整機構を有しており、仰角は変更可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヘイルインパクト試験装置。
【請求項８】
気体の圧力により発射筒より氷球を発射するヘイルインパクト試験方法において、水平面と仰角を持った発射筒に、導入口より下方の発射筒の内径より大きい氷球を、該発射筒に設けた導入口に配する第一の工程と、発射筒内部導入されたことを確認する第二の工程と、開閉弁を開にして気体の圧力を発射筒内部にかけ、発射筒から氷球を発射する第三の工程を持つ事を特徴とするヘイルインパクト試験方法。
【請求項９】
前記第一の工程で発射筒の仰角は１０°以上に配置することを特徴とする請求項８に記載のヘイルインパクト試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雹を模擬した氷球を被試験物に衝突させる試験装置及び方法及び装置に関し、特に太陽電池セルの雹に対する性能を評価するための装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池セルおよび太陽電池モジュール等の評価として、電気的性能、機械的性能、耐環境特性等の試験が行われている。その中でも、機械的性能を評価する試験として、ヘイルインパクト試験（Ｈａｉｌ  Ｔｅｓｔ）と呼ばれる、降雹を模擬した試験が、ＩＥＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｃｏｍｍｓｉｓｓｉｏｎ）の国際規格ＩＥＣ６１２１５（Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）ｍｏｄｕｌｅｓ−Ｄｅｓｉｇｎ  ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｔｙｐｅ  ａｐｐｒｏｖａｌ）（非特許文献１）やＩＥＣ６１６４６（Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）ｍｏｄｕｌｅｓ−Ｄｅｓｉｇｎ  ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄｔｙｐｅ  ａｐｐｒｏｖａｌ）（非特許文献２）として規定されている。
【０００３】
これらの規格では、空気圧により発射筒から氷球を発射する手順や装置の簡単な構成等が記載されている。この構成は、図９のように発射筒９０１に取り付けられた電磁弁９０２により、気体貯蔵槽９０５に溜められた空気を放出する。空気圧は、圧力調整弁９０４により調整する。
【０００４】
【非特許文献１】
ＩＥＣ６１２１５（Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）ｍｏｄｕｌｅｓ−Ｄｅｓｉｇｎｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｔｙｐｅ  ａｐｐｒｏｖａｌ）
【非特許文献２】
ＩＥＣ６１６４６（Ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ  ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）ｍｏｄｕｌｅｓ−Ｄｅｓｉｇｎ  ｑｕａｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｔｙｐｅ  ａｐｐｒｏｖａｌ）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際には、上記のように開示された装置の構成により、規定どおりの速度に氷球を一定発射するのは、非常に困難であった。これは、発射する氷球は、鉄砲等で使用される弾丸のように形状が一定ではなく、また、室温状態で溶けることにより、時々刻々変化するからである。さらに、規定の速度が出なかった場合には、再度試験を行う必要があり、時間的にも、サンプル数においても、無駄が生じていた。また、氷球を発射筒に導入する場合、発射筒と氷球の間に隙間が生じるなどして、正しくセットするのが難しかった。
【０００６】
例えば、図１０は、発射筒が従来の構成で、氷球を発射筒にセットする様子を図示したものであるが、治具等を用いる必要があり、氷球のセットが面倒であった。図１１は従来の構成の別の例であるが、（ａ）のように、発射筒を横向きにし、氷球の導入口を発射口とは別に設け、導入口から気体が漏れないような蓋により（ｂ）のように閉じていた。この場合も、氷球をセットするのに手間がかかり、また、氷球が筒の中で一時固定するためのストッパー等が必要になるため、装置も複雑であった。
【０００７】
そこで、氷球をセットしやすく、このような氷球の特性を考慮した、正確な速度が得られる発射試験装置が求められていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するため、鋭意検討した結果、発射筒と氷球との間に隙間ができるだけ生じないことが必要であり、また、氷球の形状や質量をなるべく揃えることが必要であることが重要であることを見出した。このために次のような発射試験装置および加速試験方法が最良であることを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明は、気体の圧力により発射筒より氷球を発射するヘイルインパクト試験装置において、発射筒は水平面と仰角をもって位置しており、氷球の発射口は発射筒上方先端に設けられ、発射筒の下方に気体導入管を設けた事を特徴としている。
【００１０】
また、発射筒は氷球の導入口を具備し、導入口より下方の発射筒の内径は、氷球よりも小さくすることが好ましい。
【００１１】
また、発射筒の氷球の導入口は、発射口と兼ねることが好ましい。
【００１２】
また、氷球が発射できる位置に配されたかどうかを確認するためのセンサを具備していることが好ましい。
【００１３】
また、発射筒が上方先端の内径に比較して、下方の内径が細いことが好ましい。
【００１４】
また、発射筒は仰角調整機構を有しており、仰角は変更可能であることが好ましい。
【００１５】
また、気体の圧力により発射筒より氷球を発射するヘイルインパクト試験方法において、水平面と仰角を持った発射筒に、導入口の下方の発射筒の内径より大きい氷球を、発射筒に設けた導入口に配する第一の工程と、発射筒内部導入されたことを確認する第二の工程と、開閉弁を開にして気体の圧力を発射筒内部にかけ、発射筒から氷球を発射する第三の工程を持つことを特徴としている。
【００１６】
さらに、少なくとも、氷球を配する時には、発射筒の仰角は１０°以上に配置することが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る発射試験装置および発射試験方法の好適な実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
［装置の構成］
図１は本発明に係る発射試験装置の一例を示す図である。図示されたように、この発射試験装置は、発射筒１０１、開閉弁１０２、気体導入管１０３、圧力調整弁１０４、気体貯蔵槽１０５、発射筒支持装置１０６、速度計測装置１０７から構成されており、この図に従って各構成要素について説明する。
【００１９】
（発射筒）
発射筒１０１は、氷球がセットされた状態で、気体の圧力が加わっても破壊しないもので、目標位置に発射でき、加圧された気体が極力漏れないものならば、何でもよい。材料としては、ガラス、金属、セラミック、プラスチック等が挙げられるが、氷球から水分が出るので、さびないものがよい。形状としては、通常円筒のものが用いられる。材料の入手のしやすさから、ステンレスやアルミ製のパイプが好適である。内部は、スムーズに発射することができるように、できるだけ摩擦の少ないものがよい。本発明では、発射筒は導入口より下方の内径が、準備する氷球の径より若干細いことが必要である。
【００２０】
筒の片方は、開放状態にしておき、もう一方には、直接もしくは空気導入管を介して開閉弁が取り付けられる。また、氷球が正しい位置にセットされたか確認するために、内部にセンサを設けてもよい。このセンサは、光やレーザーを検知するものや、マイクロスイッチ、水の導電性を検知するものなど、氷球を検知できるものならば何でもよい。このセンサは、外部に設け、氷球までの距離を測るようなもので代用してもよい。
【００２１】
（開閉弁）
開閉弁１０２は、氷球と開閉弁の間の空間に圧力を瞬間的にかけるために、気体の流路を開閉するものであればよいが、電磁弁が好適である。電磁弁は、押しボタンスイッチ等による入力信号により、流路を瞬時に開放することができる。
【００２２】
（気体導入管）
気体導入管１０３は、氷球と開閉弁の間の空間に気体を導入する管であり、気体貯蔵槽、圧力調整弁、開閉弁、発射筒等を接続するために用いられる。気体が漏れたり、吸着したりしない材料がよく、通常、金属や樹脂製の管が用いられる。必要に応じて、フレキシブルな管を用いてもよい。
【００２３】
（圧力調整弁）
圧力調整弁１０４は、氷球と開閉弁の間の空間に気体の圧力を調整する弁であり、レギュレータとも呼ばれている。供給されている気体の圧力を、ツマミをまわしたり、外部信号を送ったりして圧力を変化させ、所望の圧力に設定することができる。
【００２４】
（気体貯蔵槽）
気体貯蔵槽１０５は、氷球と開閉弁の間の空間に気体を安定して送るために設けられ、気体の漏れが無く、圧力により破損しないものならばよい。通常、金属製や樹脂製の容器が用いられる。
【００２５】
（発射筒支持装置）
発射筒支持装置１０６は、発射筒が仰角を持つように支持されるために設けられる。氷球の導入口と発射口を兼ねる場合には、発射筒を上向き支持しておくと、氷球を導入口に置くと、氷球の自重で発射筒の中に導入されるため、発射筒に氷球をセットしやすい。この場合、発射筒の仰角としては１０°以上が望ましい。また、発射筒の角度は変えられるように回転部材を取り付けておき、少なくとも氷球の導入時に仰角を持つようにし、発射時に角度を変更しても本発明の目的は達せられる。材料としては、一般的な構造材料を使用でき、通常は鉄製やアルミ製のフレームが用いられる。
【００２６】
（速度計測装置）
速度計測装置１０７は、発射した氷球の速度を計測するために用いられる。通常光センサ等により、あらかじめ定めた距離をもつ２点を通過する時間差を測定することにより、速度を算出する。
【００２７】
［実施例］
以下、上述の構成を有した装置およびサンプルを試験する具体的な実施形態を、限定的なものとしてではなく、例示として説明する。
【００２８】
（第１の実施例）
図２は本実施例の発射試験装置の一例を示す概略構成図であり、発射口が導入口を兼ねている場合である。発射筒２０１として、内径２４ｍｍ、肉厚５ｍｍ、長さ２００ｍｍのステンレスのパイプを使用し、先端部の発射筒の内径を広げた。図３のように、この発射筒３０１の一方にネジを切り、気体導入管を接続できるようなジョイント部材３０２を取り付けた。このジョイント部材に、図２の示すように樹脂製の気体導入管２０３を取り付け、開閉弁２０２と接続した。開閉弁は、１００Ｖの電源のＯＮ／ＯＦＦで開閉する電磁バルブを使用した。開閉弁の発射筒を接続した方と反対側には、圧力メータを備えた圧力を調整できるレギュレータ２０４を接続し、このレギュレータの空気導入側には、０．６ＭＰａの圧縮空気を供給できるようにした。発射筒と開閉弁とレギュレータは、発射筒の発射口が上に向くよう発射筒支持部材２０６に固定した。レギュレータの設定は、０．１９５ＭＰａとした。
【００２９】
この構成において、市販の環境試験機等で−１０℃の環境でφ２５ｍｍの氷球を作製し、作製した氷球を一旦、−４℃の環境下で保管した後、図４（ａ）のように、導入口兼発射口に載せた。
【００３０】
導入口兼発射口４０１に載せた氷球４０２は、数秒から十数秒後に、図４（ｂ）のように導入口から発射筒の中に落下する。発射筒に落下した後、スイッチ２０７により電磁バルブを１秒間開き、図４（ｃ）のように、氷球に空気圧をかけ、発射する。
【００３１】
本発明では、導入口が広がっているため、氷球を筒に隙間無く容易にセットできる。さらに上部から氷球を導入口に置くだけでセットできるため、簡便に試験が行うことができる。
【００３２】
なお、発射筒は、図１２（ａ）のように導入口が発射筒内径よりも広くなっているものや図１２（ｂ）のように発射筒自体が、導入口に向かって徐々に広がっている形態のものでも本発明の効果を得ることができる。
【００３３】
（第２の実施例）
図５は本実施例の発射試験装置の一例を示す概略構成図であり、発射口が導入口を兼ねている場合である。発射筒５０１として、内径２４．５ｍｍ、肉厚５ｍｍ、長さ２００ｍｍのステンレスのパイプの一方に気体導入管５０３を接続し、さらに気体導入管を介して、開閉弁５０２と接続した。導入口は、気体導入管の接続部の反対側とし、その内径は２４．５ｍｍとした。開閉弁は、１００Ｖの電源のＯＮ／ＯＦＦで開閉する電磁バルブを使用した。開閉弁の発射筒を接続した方と反対側には、金属製の気体貯蔵槽５０５を設け、これに圧力メータを備えた圧力を調整できるレギュレータ５０４を接続し、このレギュレータの空気導入側には、圧縮空気を供給できるようにした。発射筒と開閉弁、気体貯蔵槽、レギュレータは、発射筒の発射口が上に向くよう発射筒支持部材５０６に固定した。
【００３４】
また、発射筒の上部に、光ファイバセンサ５０７を２ヵ所設け、センサ出力をオシロスコープにつないで、信号を計測し、その間通過する時間を測定し、速度を求めることができる構成とした。
【００３５】
この構成において、市販の環境試験機等で−１０℃の環境でφ２５ｍｍの氷球を作製し、作製した氷球を一旦、−４℃の環境下で保管した後、導入口に載せた。
【００３６】
導入口に載せた氷球は、数秒から十数秒後に、導入口から発射筒の中に落下する。発射筒に落下した後、電磁バルブを開き、氷球に空気圧をかけ、発射する。
【００３７】
この装置において、発射筒の内径を２５ｍｍとし、氷球と同じサイズにした場合の速度と比較した。表１は、その結果である。規格では、２３．０ｍ／ｓ±０．５％を要求されているが、発射筒の内径が、２４．５ｍｍの場合、つまり発射筒の内径が氷球の内径より小さい方が、速度が安定し、本発明の効果が高いことが分かった。また、バッキングプレートに鉄板を用いた太陽電池モジュールのへこみは、発射筒の真上に形成され、これより、氷球をずれないで当てることができるのを確認した。このようにして氷球を導入すれば、図６のように、氷球６０２と発射筒６０１内面に水膜６０３がつき、気体が漏れないで安定して発射することができる。
【００３８】
【表１】
2005055216.tif 000003
【００３９】
（第３の実施例）
図７は本発明の発射試験装置の一例を示す概略構成図であり、発射筒７０１、気体導入管７０３、開閉弁７０２、気体貯蔵槽７０５、レギュレータ７０４の構成は、第２の実施形態とほぼ同様の構成とし、発射筒の仰角を変えられるように、仰角調整機構７０８を付加した。また、図８のように、発射筒８０１内部には、氷球８０３がセットされたかどうかを確認する光センサ８０２を設けた。
【００４０】
氷球を導入する際には、図７（ａ）のように、仰角調整機構により仰角を持つように設置し、発射する際には、図７（ｂ）のように横向きにした。発射する際に、速度センサー７０７を発射筒前に置き、さらに試験サンプルを固定する固定ホルダに太陽電池モジュールを固定し、試験を行った。このとき、バッキングプレートが金属である太陽電池モジュールのへこみは、発射筒の延長線上であり、ねらいどおりの位置に規格内の速度で、あてることができた。なお、氷球を導入する際、発射筒の仰角は、１０度以上であることがよい。この角度以上であれば、氷球がスムーズに導入されて、前記規格内の速度であてることができる。
【００４１】
（第４の実施例）
図１３は本実施例の発射試験装置の一例を示す概略構成図であり、発射口とは別に導入口を設けた場合である。発射筒１３０１の途中に導入口を設け、その他の構成は、第２の実施例と同様の構成とした。この場合にも、本発明の効果を得ることができた。
【００４２】
なお、導入口は、上記のように発射筒の途中に設けられているもののほか、図１４（ａ）のような発射筒を２段階に分けたものや、図１４（ｂ）のように導入口が発射筒より突き出ている形態なども考えられるが、導入口より下方の発射筒の内径が氷球より小さく、水平面と仰角をもって位置していれば、本発明の効果を得ることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、規定どおりの速度に氷球を一定発射することができ、また、氷球のセットが正しく行うことができ、試験の能率が上がり、時間的にも、サンプル数においても、無駄がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るヘイルインパクト試験装置を示す図である。
【図２】第１の実施形態のヘイルインパクト試験装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の発射筒の断面を示す図である。
【図４】本発明の氷球を飛ばす手順を示した図である。
【図５】第２の実施形態のヘイルインパクト試験装置の構成を示す図である。
【図６】発射筒内部と氷球の状態を示す図である。
【図７】第３の実施形態のヘイルインパクト試験装置の構成を示す図である。
【図８】第３の実施形態の発射筒の断面を示す図である。
【図９】従来の構成の一例を示す図である。
【図１０】従来の構成における氷球をセットする様子を示す図である。
【図１１】従来の別の構成における氷球をセットする様子を示す図である。
【図１２】本発明の別の発射筒の形状を示す図である。
【図１３】第４の実施形態の発射筒を示す図である。
【図１４】第４の実施形態の発射筒の別の形状を示す図である。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１、８０１、９０１、１００１、１１０１、１２０１、１３０１、１４０１  発射筒
１０２、２０２、５０２、７０２、９０２  開閉弁
１０３、２０３、５０３、７０３、９０３  気体導入管
１０４、２０４、５０４、７０４、９０４  圧力調整弁
１０５、５０５、７０５、９０５  気体貯蔵槽
１０６、２０６、５０６、７０６  発射支持装置
１０７、５０７、７０７、９０７  速度計測装置
２０７  開閉弁用スイッチ
３０２  ジョイント部材
４０２、６０２、８０３、１００２、１１０５  氷球
５０８、９０８、７０９  試験サンプル支持装置
５０９、７０９、９０９  試験サンプル
６０３  水膜
７０８  仰角調整機構
８０２  センサー
９０６  圧力メーター
１００３  氷球導入治具
１１０２、１３０２、１４０２  氷球導入口
１１０３  導入口蓋
１１０４  蓋ガイド
【図１】
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【図２】
2005055216.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2005055216.tif 000012
【図１０】
2005055216.tif 000013
【図１１】
2005055216.tif 000014
【図１２】
2005055216.tif 000015
【図１３】
2005055216.tif 000016
【図１４】
2005055216.tif 000017